深入浅出低功耗蓝牙(BLE)协议栈

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BLE协议栈为什么要分层?怎么理解BLE“连接”?如果BLE协议只有ATT层没有GATT层会发生什么?

协议栈框架

一般而言,我们把某个协议的实现代码称为协议栈(protocol stack),BLE协议栈就是实现低功耗蓝牙协议的代码,理解和掌握BLE协议是实现BLE协议栈的前提。在深入BLE协议栈各个组成部分之前,我们先看一下BLE协议栈整体架构。

如上图所述,要实现一个BLE应用,首先需要一个支持BLE射频的芯片,然后还需要提供一个与此芯片配套的BLE协议栈,最后在协议栈上开发自己的应用。可以看出BLE协议栈是连接芯片和应用的桥梁,是实现整个BLE应用的关键。那BLE协议栈具体包含哪些功能呢?简单来说,BLE协议栈主要用来对你的应用数据进行

层层封包

,以生成一个满足BLE协议的空中数据包,也就是说,把应用数据包裹在一系列的帧头(header)和帧尾(tail)中。具体来说,BLE协议栈主要由如下几部分组成:


  • PHY




    (Physical layer物理层)。PHY层用来指定BLE所用的无线频段,调制解调方式和方法等。PHY层做得好不好,直接决定整个BLE芯片的功耗,灵敏度以及selectivity等射频指标。

  • LL




    (Link Layer链路层)。LL层是整个BLE协议栈的核心,也是BLE协议栈的难点和重点。像Nordic的BLE协议栈能同时支持20个link(连接),就是LL层的功劳。LL层要做的事情非常多,比如具体选择哪个射频通道进行通信,怎么识别空中数据包,具体在哪个时间点把数据包发送出去,怎么保证数据的完整性,ACK如何接收,如何进行重传,以及如何对链路进行管理和控制等等。LL层只负责把数据发出去或者收回来,对数据进行怎样的解析则交给上面的GAP或者GATT。
  • HCI(Host controller interface)。HCI是可选的(

    具体请参考文章: 三种蓝牙架构实现方案(蓝牙协议栈方案)

    ),HCI主要用于2颗芯片实现BLE协议栈的场合,用来规范两者之间的通信协议和通信命令等。

  • GAP




    (Generic access profile)。GAP是对LL层payload(有效数据包)如何进行解析的两种方式中的一种,而且是最简单的那一种。GAP简单的对LL payload进行一些规范和定义,因此GAP能实现的功能极其有限。GAP目前主要用来进行广播,扫描和发起连接等。

  • L2CAP




    (Logic link control and adaptation protocol)。L2CAP对LL进行了一次简单封装,LL只关心传输的数据本身,L2CAP就要区分是加